(57)【要約】  研磨工程を除く機械加工プロセスで行われる処理工程のすべてを、遊離砥粒を含まない純水を供給しながらの処理とすることで、各工程から排出される使用済みの加工液中に含まれる砥粒の量を低減させ、かつ使用済みスラリーから半導体屑を回収して再利用する。
2011105255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に砥粒が固定された固定砥粒ワイヤを使用し、半導体の単結晶インゴットから多数枚の半導体ウェーハをスライスするスライス工程と、
定盤面に形成された固定砥粒層により前記半導体ウェーハの表裏面を研削する研削工程と、
研削された該半導体ウェーハの外周部を面取り砥石により面取りする面取り工程と、
研削された前記半導体ウェーハの表裏面を研磨する研磨工程とを備え、
前記スライス、前記研削および前記面取りの各工程は、前記単結晶インゴットまたは前記半導体ウェーハに遊離砥粒を含まない純水を供給しながら行う半導体ウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記純水を使用する各工程で発生した半導体屑を含む廃水を１つの貯水槽に集水し、その後、前記廃水中から前記半導体屑を回収する請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記研削工程は、研削用上定盤の下面に形成された前記固定砥粒層と研削用下定盤の上面に形成された別の前記固定砥粒層との間に前記半導体ウェーハを配置し、前記研削用上定盤および前記研削用下定盤と、前記半導体ウェーハとを相対的に回転させることで、該半導体ウェーハの表裏面を同時研削する工程で、
前記研磨工程は、該半導体ウェーハの表裏面を同時に研磨し、研磨された該半導体ウェーハの表面または表裏面を仕上げ研磨する工程である請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウェーハの製造方法、詳しくは原材料の半導体からなる単結晶インゴットを加工して半導体ウェーハを得る半導体ウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェーハの製造方法として、例えば特許文献１などが知られている。この製造方法は、単結晶インゴットから多数枚の半導体ウェーハをワイヤソーによりスライスするスライス工程と、半導体ウェーハの表面を平坦化するラッピング工程と、半導体ウェーハの外周部を面取りする面取工程と、半導体ウェーハの加工歪を除去するエッチング工程と、半導体ウェーハの表面を鏡面化する研磨工程とを備え、ラッピング工程、エッチング工程、研磨工程それぞれの処理をすべて枚葉式で行うものである。【０００３】
【特許文献１】日本国特開平１１−２５１２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、半導体ウェーハの大口径化に対応する加工技術としては有効であるものの、スライス工程やラッピング工程では、半導体インゴットや半導体ウェーハに対してオイル系の分散剤と遊離砥粒とを含むスラリーを供給しながら、各加工が行われていた。これらの加工時に発生する半導体屑は資源となり得るため、例えば半導体インゴットの原料の一部として再使用することが考えられる。しかしながら、半導体屑はオイル系の分散剤および遊離砥粒と混在状態で使用済みスラリーに含まれており、再使用するには多大な処理コストが必要となる。そのため、現状ではこれが貴重な資源であると認識しつつも廃棄処分していた。【０００５】
そこで、発明者は鋭意研究の結果、研磨工程を除く機械加工プロセスで行われる処理工程のすべてを、遊離砥粒を含まない純水を供給しながらの処理とすることで、各工程から排出される使用済みの加工液中に含まれる砥粒の量を低減させるとともに、使用済みスラリーから半導体屑を回収して再利用できることを知見した。
また、スライス工程において外周面に砥粒が固定された固定砥粒ワイヤを使用し、粗研削から仕上げ研削まで一連に行える固定砥粒方式の両面同時研削を採用すれば、半導体ウェーハの製造工程数を削減でき、これらの工程で生じる半導体屑も少なくなりカーフロスが減少することを知見した。【０００６】
すなわち、この発明は、スライス、研削および面取りの各工程から発生する半導体屑の量を減らすことができ、またその３つの工程から発生する半導体屑の再利用処理を容易かつ低コストで行うことができる半導体ウェーハの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、外周面に砥粒が固定された固定砥粒ワイヤを使用し、半導体の単結晶インゴットから多数枚の半導体ウェーハをスライスするスライス工程と、定盤面に形成された固定砥粒層により前記半導体ウェーハの表裏面を研削する研削工程と、研削された該半導体ウェーハの外周部を面取り砥石により面取りする面取り工程と、研削された前記半導体ウェーハの表裏面を研磨する研磨工程とを備え、前記スライス、前記研削および前記面取りの各工程は、前記単結晶インゴットまたは前記半導体ウェーハに遊離砥粒を含まない純水を供給しながら行う半導体ウェーハの製造方法である。【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、スライス工程で、固定砥粒ワイヤにより単結晶インゴットを多数枚の半導体ウェーハにスライスする。また、平面研削工程では、粗研削から仕上げ研削までを１工程で完了可能な固定砥粒方式の両面同時研削により、半導体ウェーハの加工を行う。その結果、半導体ウェーハの製造工程数の削減が図れるとともに、スライス時および両面同時研削時のカーフロスを減少することができる。
また、固定砥粒ワイヤによるスライスと固定砥粒方式の両面同時研削とを採用したので、面取り砥石を用いる面取り工程を含めて、スライス、両面同時研削、面取りの各工程から排出される使用済みの加工液中に含まれる砥粒の量が、従来の遊離砥粒を含むスラリーを使用する場合よりも減少する。しかも、加工対象物である単結晶インゴットおよび半導体ウェーハの加工面に供給される加工液として純水を採用したので、従来のオイル系の分散剤および遊離砥粒を含む使用済みスラリーから半導体屑を回収して再利用する場合に比べて、その処理の容易性が高まり、処理コストも低減可能となる。【０００９】
単結晶インゴットとしては、例えば単結晶シリコンインゴットなどを採用することができる。
半導体ウェーハとしては、例えば単結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。
半導体ウェーハの直径としては、例えば３００ｍｍ、４５０ｍｍなどが挙げられる。
固定砥粒ワイヤを用いたスライスは、所定の張力を与えたワイヤ列を往復走行させ、これに単結晶インゴットを押し当てて、固定砥粒の研削作用によって単結晶インゴットを多数枚の半導体ウェーハに切断（スライス）するものである。
固定砥粒ワイヤとは、ワイヤの外周面に砥粒が固定されたものである。例えば、ワイヤの表面に多数の砥粒を内蔵した金属メッキ層が被覆され、金属メッキ層の表面から砥粒の一部が突出するような形状を有している。【００１０】
固定砥粒ワイヤの本体となるワイヤとしては、例えばピアノ線などの鋼線、タングステン線、モリブデン線などを採用することができる。
ワイヤの直径は５０〜５００μｍである。５０μｍ未満ではワイヤが断線し易くなる。また、５００μｍを超えればカーフロスが増大し、１本の単結晶インゴットをスライスして得られる半導体ウェーハの枚数が減少する。好ましいワイヤの直径は７０〜４００μｍである。この範囲であれば、ワイヤを断線させることなく、効率よく半導体ウェーハの採取が可能となる。
ワイヤに固定される砥粒の素材としては、ダイヤモンド、シリカ、ＳｉＣ、アルミナ、ジルコニアなどを採用することができる。特にダイヤモンドが望ましい。【００１１】
ワイヤに固定される砥粒の粒径（平均粒径）は、１〜１００μｍである。１μｍ未満では固定砥粒ワイヤによる単結晶インゴットの切削能力が低下する。また、１００μｍを超えれば、ワイヤから砥粒が脱離し易くなり、カーフロスも大きくなる。好ましい砥粒の平均粒径は、５〜４０μｍである。この範囲であれば、反りや切削面の加工傷が低減された高品質な半導体ウェーハが得られる。【００１２】
ワイヤの外周面に砥粒を固定させる方法としては、例えば、砥粒をワイヤの外周面に熱硬化性樹脂バインダまたは光硬化性樹脂バインダを用いて付着させ、そのバインダを熱硬化または光硬化させる方法を採用することができる。その他、ワイヤの外周面に砥粒を電着させる方法、ワイヤの外周面に電解メッキ層を形成して砥粒を着床させる方法などを採用することができる。なお、使用するワイヤは、電着砥粒ワイヤに限らず、レジンボンドワイヤなどでもよい。
スライス時にワイヤ列に供給される加工液として、シリカ粒などの遊離砥粒を含まない純水を採用する。【００１３】
純水（超純水）としては、例えば、ナトリウム、鉄、銅、亜鉛などの溶解物質量が、水１リットル当たり１０億分の１ｇ（μｇ／リットル）〜１兆分の１ｇ（ｎｇ／リットル）レベルの純度を有する水を採用することができる。なお、切断屑によるワイヤの目詰まりを抑制できるように、供給する純水に少量の増粘剤を添加してもよい。例えば、アルコール類や、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類を純水に添加する。これにより、純水の粘性が高まり、切断屑の高い排出効果が得られる。
固定砥粒ワイヤの送り速度は、０．０５〜２．００ｍ／ｍｉｎである。０．０５ｍ／ｍｉｎ未満では、固定砥粒ワイヤによる単結晶インゴットの切削能力が低下する。また、２．００ｍ／ｍｉｎを超えれば、ワイヤが断線するおそれがある。固定砥粒ワイヤの好ましい送り速度は０．２〜１．０ｍ／ｍｉｎである。この範囲であれば、反りや切削面の加工傷が低減された高品質な半導体ウェーハが得られる。【００１４】
固定砥粒を用いた半導体ウェーハの表裏面の研削方法としては、サンギヤ（遊星歯車）方式のもの、または、キャリアプレートに自転をともなわない円運動をさせて半導体ウェーハの表裏両面を同時に研削する無サンギヤ方式のものを採用することができる。この固定砥粒を用いた両面研削では、半導体ウェーハの表裏面の平行度を高める粗研削と、粗研削後の半導体ウェーハの表裏面の平坦度を高める精密研削とが連続して行われる。この研削加工は、半導体ウェーハを１枚ずつ処理する枚葉方式でも、複数枚の半導体ウェーハを同時に処理するバッチ方式でもよい。また、この研削加工は、半導体ウェーハの表裏面を同時に処理するものでも、片面ずつ処理するものでもよい。
このうち、無サンギヤ方式の両面研削方法では固定砥粒加工装置が使用される。固定砥粒加工装置としては、例えば、両面研削装置、両面研磨装置などを採用することができる。【００１５】
無サンギヤ方式の固定砥粒加工装置の具体的な構成としては、例えば、上面（定盤面）に半導体ウェーハの一方の面を研削する固定砥粒層が形成された研削用下定盤と、研削用下定盤の直上に配置され、下面（定盤面）に半導体ウェーハの他方の面を研削する別の固定砥粒層が形成された研削用上定盤と、研削用下定盤と研削用上定盤との間に設置され、半導体ウェーハのウェーハ保持孔が複数形成されたキャリアプレートと、研削用下定盤と研削用上定盤との間で、キャリアプレートに自転を伴わない円運動をさせることで、ウェーハ保持孔に保持された複数枚の半導体ウェーハの表裏面を、両固定砥粒層により同時に研削するキャリア円運動機構とを備えたものなどが挙げられる。【００１６】
研削用上定盤および研削用下定盤の回転速度は、５〜３０ｒｐｍである。５ｒｐｍ未満では、半導体ウェーハの加工レートが低下する。また、３０ｒｐｍを超えれば、加工中に半導体ウェーハがウェーハ保持孔から飛び出してしまう。両定盤の好ましい回転数は１０〜２５ｒｐｍである。この範囲であれば、安定的な加工レートを維持した半導体ウェーハの両面研削加工を可能とし、平坦性を維持できる。
両定盤は、同一速度で回転させても、異なる速度で回転させてもよい。また、研削用上定盤および研削用下定盤は同じ方向へ回転させても、異なる方向へ回転させてもよい。なお、ウェーハ加工時、キャリアプレートに自転を伴わない円運動をさせるので、両定盤は必ずしも回転させなくてもよい。【００１７】
ここでいう自転を伴わない円運動とは、キャリアプレートが研削用上定盤および研削用下定盤の軸線から所定距離だけ偏心させた状態を常に保持して旋回（揺動回転）するような円運動をいう。この自転を伴わない円運動によって、キャリアプレート上の全ての点は、同じ大きさ（半径ｒ）の小円の軌跡を描くことになる。
このような無サンギヤ式の固定砥粒加工装置は、遊星歯車式のもののようにサンギヤが存在しないので、例えば直径が３００ｍｍ以上の大口径ウェーハ用として適している。
キャリアプレートに形成されるウェーハ保持孔の形成数は任意である。例えば、１つ、２つ〜５つでもそれ以上でもよい。
キャリアプレートの自転を伴わない円運動速度は、１〜１５ｒｐｍである。１ｒｐｍ未満では、ウェーハ面を均一に削れない。また、１５ｒｐｍを超えれば、ウェーハ保持孔に保持された半導体ウェーハの端面を傷つける。【００１８】
両固定砥粒層としては、例えば、弾性基材に粒径（平均粒径）４μｍ未満の固定砥粒を分散状態で固定させたものを採用することができる。この範囲であれば、半導体ウェーハの加工面にキズが発生せず、しかも高い加工レートを維持することができる。４μｍ以上であれば、半導体ウェーハの加工面にキズが発生し易い。固定砥粒の好ましい粒径は０．５μｍ以上４μｍ未満である。この範囲であれば目詰まりも少なく安定した加工ができる。
固定砥粒層の厚さは０．１〜１５ｍｍである。０．１ｍｍ未満では固定砥粒層を保持している母材とウェーハとが接触する。また、１５ｍｍを超えれば、固定砥粒層の強度が低下して固定砥粒層が破損する。固定砥粒層の好ましい厚さは０．５〜１０ｍｍである。この範囲であれば、安定的な半導体ウェーハの研削加工が図れるとともに固定砥粒層の寿命が延長される。【００１９】
固定砥粒の素材としては、ダイヤモンド、シリカ、ＳｉＣ、アルミナ、ジルコニアなどを採用することができる。
固定砥粒の集中度は例えば５０〜２００である。５０（１２．５体積％）未満では半導体ウェーハに対する加工性能が低下し、２００（５０体積％）を超えれば、（固定）砥粒の自生作用が低下する。集中度とは、砥石の中に入っている砥粒の数を表す。ボンド（弾性基材）中の砥粒の含有率が２５体積％を１００とする。固定砥粒の好ましい集中度は１００（２５体積％）〜１５０（３７．５体積％）である。この範囲であれば、安定的な半導体ウェーハの研削加工が図れるとともに、固定砥粒層の寿命が延長される。
弾性基材の素材としては、例えば硬化ポリマー系（エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂）などを採用することができる。【００２０】
両面研削加工時の半導体ウェーハに対する面圧は、例えば２５０〜４００ｇ／ｃｍ２である。この範囲であれば、加工レートが低下しない安定的な半導体ウェーハの研削加工が可能となる。２５０ｇ／ｃｍ２未満では、半導体ウェーハの加工レートが低下し、４００ｇ／ｃｍ２を超えれば、高加重化により半導体ウェーハが割れる。
表裏面の同時研削で半導体ウェーハに供給される加工液として、スライス時と同じように遊離砥粒を含まない純水を採用する。なお、切断屑によるワイヤの目詰まりを抑制するため、純水中に少量の前記増粘剤を添加してもよい。
半導体ウェーハの外周部の面取り時に使用される面取り砥石としては、例えば、＃８００〜♯１５００のメタルボンド面取り用砥石を採用することができる。ここでの面取り量は、１００〜１０００μｍである。面取り時には、加工を円滑に行うため、ウェーハ外周面に前記遊離砥粒を含まない純水が供給される。【００２１】
また、半導体ウェーハの表裏面の研磨とは、研磨後の半導体ウェーハの表裏面のラフネスがＲＭＳ表示で１００ｎｍ以下となる研磨をいう。ここでは、半導体ウェーハの表裏面を同時に研磨しても、片面ずつ研磨してもよい。
表裏面の研磨で使用される研磨布としては、例えばＡｓｋｅｒ硬度で７５〜８５、圧縮率が２〜３％、ウレタン型のものを採用することができる。また、研磨布の素材としては、ポリウレタンが望ましく、特に、ウェーハ表面の鏡面化精度に優れる発泡性ポリウレタンを用いることが望ましい。その他、スエードタイプのポリウレタンやポリエステル製の不織布なども採用することができる。【００２２】
表裏面の研磨条件としては、例えば、研磨レートが０．２〜０．６μｍ／分、研磨量が５〜２０μｍ、研磨荷重が２００〜３００ｇ／ｃｍ２、研磨時間が１０〜９０分、研磨中の研磨液の温度が２０〜３０℃を例示することができる。また、研磨液としては、遊離砥粒を含むものでも、遊離砥粒を含まないものでもよい。遊離砥粒を含む研磨液としては、例えば主液が、各種のアルカリ水溶液（ＫＯＨ水溶液、ＮａＯＨ水溶液など）に平均粒径２０〜４０μｍのシリカなどが分散されたものを使用することができる。遊離砥粒を含まない研磨液としては、例えば主液に前記各種のアルカリ水溶液を採用したものでもよい。
半導体ウェーハの表裏面の研磨装置としては、例えば、サンギヤ（遊星歯車）方式のもの、または、キャリアプレートに自転をともなわない円運動をさせて半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨する無サンギヤ方式のものを採用することができる。
また、枚葉式の両面研磨装置を使用しても、複数枚の半導体ウェーハを同時に研磨するバッチ式の両面研磨装置を使用してもよい。【００２３】
請求項２に記載の発明は、前記純水を使用する各工程で発生した半導体屑を含む廃水を１つの貯水槽に集水し、その後、前記廃水中から前記半導体屑を回収する請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法である。【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、純水を供給しながら所定の加工がなされるスライス工程、研削工程および面取り工程で発生した半導体屑を含む廃水は、１つの貯水槽に集水され、その後、この廃水中から分離、回収された半導体屑に所定の再利用処理を施すことで、半導体屑が再利用される。
このように、スライス時の単結晶インゴット、表裏面の研削時および面取り時の半導体ウェーハに供給される加工液（潤滑液）として遊離砥粒を含まない純水を採用し、各工程からの廃水を１つの貯水槽に集めて再利用処理を施すので、従来のように多量の遊離砥粒を含む使用済みスラリーから半導体屑を個別に回収し、回収した半導体屑を単結晶シリコンの原料として個別に再使用する場合に比べて、その再使用の処理が容易で、処理コストも低減することができる。【００２５】
半導体屑としては、スライス時に発生する単結晶インゴットの研削屑、研削時に発生する半導体ウェーハの研削屑、面取り時に発生するウェーハ外周部の研削（面取り）屑が挙げられる。
廃水からの半導体屑の回収方法としては、例えば、自然沈殿方法、遠心分離方法などを採用することができる。回収された半導体屑は加熱などして乾燥し、その後、取り扱い易い大きさの塊などにする。
回収された半導体屑の再使用処理方法としては、例えば、回収された上澄み水を加熱などで蒸発させる方法を採用することができる。【００２６】
請求項３に記載の発明は、前記研削工程は、研削用上定盤の下面に形成された前記固定砥粒層と研削用下定盤の上面に形成された別の前記固定砥粒層との間に前記半導体ウェーハを配置し、前記研削用上定盤および前記研削用下定盤と、前記半導体ウェーハとを相対的に回転させることで、該半導体ウェーハの表裏面を同時研削する工程で、前記研磨工程は、該半導体ウェーハの表裏面を同時に研磨し、研磨された該半導体ウェーハの表面または表裏面を仕上げ研磨する工程である請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの製造方法である。【００２７】
研削工程は、半導体ウェーハの表裏面を同時に研削する両面同時研削である。また、研磨工程は、半導体ウェーハの表裏面を同時に研磨する両面同時研磨である。
仕上げ研磨とは、半導体ウェーハの表面（被研磨面）または表裏面に対して施される高精度な研磨である。仕上げ研磨では、研磨布として、硬度（ショア硬度）が６０〜７０、圧縮率が３〜７％、圧縮弾性率が５０〜７０％のスエードタイプの仕上げ研磨用のものが採用される。また、研磨剤としては、平均粒径が２０〜４０ｎｍの遊離砥粒（シリカなど）を含むものが採用される。
仕上げ研磨の条件は、例えば、研磨圧が１００ｇ／ｃｍ２前後、研磨量が０．１μｍ前後、表面ラフネスがＲＭＳ表示で０．１ｎｍ以下である。仕上げ研磨は、少なくともウェーハ表面（デバイス形成面）に施される鏡面研磨である。
半導体ウェーハの表面のみの仕上げ研磨（表裏面の仕上げ研磨にも利用可能）で使用される片面鏡面研磨装置としては、例えば、上面に研磨布が貼着された研磨定盤の上方に、表面が下向きの半導体ウェーハが固定された研磨ヘッドを回転させながら徐々に下降し、研磨ヘッドの上面に貼着された研磨布に対して、所定の圧力で押し付けるものなどを採用することができる。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１に記載の発明によれば、粗研削から仕上げ研削まで１工程で行える固定砥粒方式の両面研削により、半導体ウェーハを加工するので、半導体ウェーハの製造工程数の削減が図れる。しかも、固定砥粒方式の両面研削だけでなく、スライス時、固定砥粒ワイヤによって単結晶インゴットをスライスするので、ウェーハ製造時のカーフロスを減少することができる。
また、固定砥粒ワイヤによるスライスと、固定砥粒方式の上下定盤による両面研削とを採用したので、面取り砥石を用いる面取り工程を含めて、スライス、両面研削、面取りの各工程から排出される使用済みの加工液中に含まれる砥粒の量が、従来品の遊離砥粒を含むスラリーの場合よりも減少する。しかも、固定砥粒方式を採用したことで、これらの３つの工程で使用される加工液として純水を採用しているので、従来のオイル系の分散剤および遊離砥粒を含む使用済みスラリーから半導体屑を回収して再利用する場合に比べて、再利用の処理が容易となり、処理コストも低減することができる。【００２９】
また、請求項２に記載の発明によれば、スライス時の単結晶インゴット、または、表裏面の研削時および面取り時の半導体ウェーハに供給される加工液として遊離砥粒を含まない純水を使用し、また各工程からの廃水を１つの貯水槽に集めて再利用処理を行う。これにより、従来のように多量の遊離砥粒を含む使用済みスラリーから半導体屑を個別に回収し、回収した半導体屑を単結晶シリコンの原料として個別に再使用する場合に比べて、その再使用の処理が容易で、処理コストも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの製造方法を示すフローシートである。
【図２】この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの製造方法のうち、スライス工程を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの製造方法のスライス工程で使用される固定砥粒ワイヤの一部拡大断面図である。
【図４】この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの製造方法のうち、ウェーハ表裏面の同時研削工程で使用される固定砥粒加工装置の斜視図である。
【図５】この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの製造方法のうち、同時研削工程で使用される固定砥粒加工装置の使用状態における縦断面図である。
【図６】この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの製造方法のうち、表裏面の同時研削工程で使用される固定砥粒加工装置におけるキャリアプレートの自転を伴わない円運動を説明する平面図である。
【図７】この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの製造方法のうち、半導体ウェーハの面取り工程で使用される面取り装置の使用状態を示す正面図である。
【図８】この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの製造方法のうち、半導体ウェーハの両面研磨工程で使用される遊星歯車方式の両面研磨装置の斜視図である。
【図９】この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの製造方法のうち、スライス工程、表裏面の同時研削工程および面取り工程の各廃水からの半導体屑の回収システムを示す正面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１２  上定盤（研削用上定盤）、
１３  下定盤（研削用下定盤）、
３１  下側加工層（固定砥粒層）、
３１ｂ  ダイヤモンド砥粒、
３２  上側加工層（別の固定砥粒層）、
３２ｂ  ダイヤモンド砥粒、
４０  ワイヤソー、
４２  固定砥粒ワイヤ、
４４  ダイヤモンド砥粒、
５１  面取り砥石、
７７  回収タンク（貯水槽）、
Ｉ  結晶ブロック（単結晶インゴット）、
Ｓ  シリコン屑（半導体屑）、
Ｗ  シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１のフローシートを参照して、この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの製造方法を説明する。
すなわち、実施例１の半導体ウェーハの製造方法は、順次施される結晶引き上げ工程Ｓ１０１と、結晶加工工程Ｓ１０２と、スライス工程Ｓ１０３と、固定砥粒両面研削工程Ｓ１０４と、面取り工程Ｓ１０５と、両面研磨工程Ｓ１０６と、仕上げ研磨工程Ｓ１０７を備えている。【００３４】
以下、前記各工程を具体的に説明する。
結晶引き上げ工程Ｓ１０１では、坩堝内でボロンが所定量ドープされたシリコンの溶融液から、チョクラルスキー法により直径３０６ｍｍ、直胴部の長さが２５００ｍｍ、比抵抗が０．０１Ω・ｃｍ、初期酸素濃度１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の単結晶シリコンインゴットが引き上げられる。【００３５】
次に、結晶加工工程Ｓ１０２では、１本の単結晶シリコンインゴットが複数の結晶ブロックＩに切断され、その後、各結晶ブロックＩの外周研削が行われる。具体的には、♯２００の砥粒（ＳｉＣ）を含むレジノイド研削砥石を有した外周研削装置により、結晶ブロックＩの外周部が６ｍｍだけ外周研削される。これにより、各結晶ブロックＩが円柱状に成形される。【００３６】
スライス工程Ｓ１０３では、ワイヤソー４０を使用し、結晶ブロックＩから直径３００ｍｍの多数枚のシリコンウェーハがスライスされる。
図２に示すように、ワイヤソー４０は、正面視して三角形状に配置された３本のワイヤソー用グルーブローラ（以下、グルーブローラ）４１Ａ〜４１Ｃを備えている。これらのグルーブローラ４１Ａ〜４１Ｃ間には、１本の固定砥粒ワイヤ４２が互いに平行となるように一定のピッチで巻き掛けられている。これにより、グルーブローラ４１Ａ〜４１Ｃ間にワイヤ列４５が現出する。【００３７】
固定砥粒ワイヤ４２は、直径１６０μｍの鋼製ワイヤ４３の表面に、粒径１５〜２５μｍのダイヤモンド砥粒４４を、厚さ７μｍのニッケルメッキ４５Ａにより固定したものである（図３）。
固定砥粒ワイヤ４２は、繰出し装置のボビンから導出され、供給側のガイドローラを介して、各グルーブローラ４１Ａ〜４１Ｃに架け渡された後、導出側のガイドローラを介して、巻取り装置のボビンに巻き取られる。固定砥粒ワイヤ４２は往復走行されるため、繰出し装置と巻取り装置との役割が交互に入れ代わる。ワイヤ列４５は、３本のグルーブローラ４１Ａ〜４１Ｃ間でメインモータにより往復走行される。下側に配置された２本のグルーブローラ４１Ａ，４１Ｂの中間が、結晶ブロックＩの切断位置となっている。この切断位置の一側部の上方には、純水をワイヤ列４５上に連続供給する純水供給ノズル４６が設けられている。純水供給ノズル４６から１０リットル／ｍｉｎの純水をワイヤ列４５に供給しながら、１ｍ／ｍｉｎで往復走行中のワイヤ列４５に、下方から結晶ブロックＩを１．０ｍｍ／ｍｉｎで押し付ける。
なお、図２において、４７は結晶ブロックＩの昇降台である。【００３８】
固定砥粒両面研削工程Ｓ１０４では、無サンギヤ方式の固定砥粒加工装置を使用し、純水を供給しながら、シリコンウェーハの表裏面が同時に研削される。
ここで、図４〜図６を参照して、固定砥粒加工装置１０を詳細に説明する。
固定砥粒加工装置１０は、３個のウェーハ保持孔１１ａがプレート軸線回りに（円周方向に）１２０°ごとに形成された平面視して円板形状のガラスエポキシ製のキャリアプレート１１と、それぞれのウェーハ保持孔１１ａに旋回自在に挿入されて保持されたシリコンウェーハＷを上下方向から挟み込むとともに、シリコンウェーハＷに対して相対的に移動させることでウェーハ表裏面を研削する上定盤（研削用上定盤）１２および下定盤（研削用下定盤）１３とを備えている。キャリアプレート１１の厚さ（７００μｍ）は、シリコンウェーハＷの厚さ（７８０μｍ）よりも若干薄くなっている。【００３９】
下定盤１３の上面（定盤面）には下側加工層（固定砥粒層）３１が形成され、上定盤１２の下面（定盤面）には上側加工層（別の固定砥粒層）３２が形成されている。下側加工層３１および上側加工層３２は、弾性基材３１ａ，３２ａの表面全域に、粒径（平均粒径）が４μｍ未満（例えば０．５μｍ以上４μｍ未満）のダイヤモンド砥粒（固定砥粒）３１ｂ，３２ｂを、集中度が１００となるように、数ｍｍ角（０．１ｍｍ角〜１０ｍｍ角）の砥石片ａを接着剤で接着することで設けたものである。弾性基材３１ａ，３２ａの素材としては、硬化ポリマー系（例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂）が採用されている。その厚さは８００μｍである。なお、ここでは弾性基材３１ａ，３２ａの表面上にダイヤモンド砥粒３１ｂ，３２ｂを含む砥石片ａを接着して両加工層３１，３２を形成したが、弾性基材３１ａ，３２ａの表面上にダイヤモンド砥粒３１ｂ，３２ｂを直接接着して両加工層３１，３２を形成してもよい。【００４０】
上定盤１２は、上方に延びた回転軸１２ａを介して、上側回転モータ１６により水平面内で回転駆動される。また、上定盤１２は軸線方向へ進退させる昇降装置１８により垂直に昇降させられる。昇降装置１８は、例えば、シリコンウェーハＷをキャリアプレート１１に給排する際に使用される。なお、上定盤１２および下定盤１３のシリコンウェーハＷの表裏両面に対する２５０ｇ／ｃｍ２の面圧は、上定盤１２や下定盤１３に組み込まれた図示しないエアバック方式などの加圧手段により行われる。
下定盤１３は、出力軸１７ａを介して、下側回転モータ１７により水平面内で回転させられる。キャリアプレート１１は、そのプレート１１自体が自転しないように、キャリア円運動機構１９によって、そのプレート１１の面と平行な面（水平面）内で円運動する。【００４１】
次に、図４〜図６を参照して、このキャリア円運動機構１９を詳細に説明する。
キャリア円運動機構１９は、キャリアプレート１１を外方から保持する環状のキャリアホルダ２０を有している。キャリア円運動機構１９とキャリアホルダ２０とは、連結構造を介して連結されている。連結構造とは、キャリアプレート１１を、キャリアプレート１１が自転せず、しかもキャリアプレート１１の熱膨張時の伸びを吸収できるようにキャリアホルダ２０に連結させる手段である。
すなわち、連結構造は、図４および図５に示すように、キャリアホルダ２０の内周フランジ２０ａに、ホルダ周方向へ所定角度ごとに突設された多数本のピン２３と、キャリアプレート１１の外周部のうち、各ピン２３と対応する位置に対応する数だけ穿設された長孔形状のピン孔１１ｂとを有している。【００４２】
各ピン孔１１ｂは、ピン２３を介してキャリアホルダ２０に連結されたキャリアプレート１１が、その半径方向へ若干移動できるように、その孔長さ方向をプレート半径方向と合致させている。各ピン孔１１ｂにピン２３を通してキャリアプレート１１をキャリアホルダ２０に装着することで、両面研磨時のキャリアプレート１１の熱膨張による伸びが吸収される。また、各ピン２３の元部の外ねじの直上部には、キャリアプレート１１が載置されるフランジ２０ａが周設されている。【００４３】
キャリアホルダ２０の外周部には、９０°ごとに外方へ突出した４個の軸受部２０ｂが配設されている。各軸受部２０ｂには、小径円板形状の偏心アーム２４の上面の偏心位置に突設された偏心軸２４ａが装着されている。また、４個の偏心アーム２４の各下面の中心部には、回転軸２４ｂが垂設されている。各回転軸２４ｂは、環状の装置基体２５に９０°ごとに配設された軸受部２５ａに対して、各先端部を下方へ突出させた状態で装着されている。各回転軸２４ｂの下方に突出した先端部には、それぞれスプロケット２６が固定されている。そして、各スプロケット２６には、一連にタイミングチェーン２７が水平状態で架け渡されている。各スプロケット２６とタイミングチェーン２７とは、４個の偏心アーム２４が同期して円運動を行うように、４本の回転軸２４ｂを同時に回転させる同期手段を構成している。【００４４】
また、４本の回転軸２４ｂのうち、１本の回転軸２４ｂはさらに長尺に形成されており、その先端部がスプロケット２６より下方に突出されている。この部分に動力伝達用のギヤ２８が固定されている。ギヤ２８は、例えばギヤドモータなどの円運動用モータ２９の上方へ延びる出力軸に固着された大径な駆動用のギヤ３０に噛合されている。なお、このようにタイミングチェーン２７により同期させなくても、例えば各偏心アーム２４に円運動用モータ２９を配設させ、各偏心アーム２４を個別に回転させてもよい。【００４５】
したがって、円運動用モータ２９の出力軸を回転させれば、その回転力は、ギヤ３０，２８および長尺な回転軸２４ｂに固定されたスプロケット２６を介して、タイミングチェーン２７に伝達される。そして、タイミングチェーン２７が周転することで、残り３つのスプロケット２６を介して、４つの偏心アーム２４が同期して回転軸２４ｂを中心に水平面内で回転する。これにより、各偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０、ひいてはこのホルダ２０に保持されたキャリアプレート１１が、このプレート１１に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を行う。【００４６】
すなわち、キャリアプレート１１の中心線は、両定盤１２,１３の軸線ｅから距離Ｌだけ偏心した状態を保って旋回する。この距離Ｌは、偏心軸２４ａと回転軸２４ｂとの距離と同じである。この自転をともなわない円運動により、キャリアプレート１１上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描く（図６）。【００４７】
次に、図４〜図６を参照して、固定砥粒加工装置１０を用いたシリコンウェーハＷの加工方法を説明する。
まず、キャリアプレート１１の各ウェーハ保持孔１１ａにそれぞれ旋回自在にシリコンウェーハＷを挿入する。次いで、この状態のまま、上定盤１２とともに１５ｒｐｍで回転中の上側加工層３２を、各ウェーハＷに２５０ｇ／ｃｍ２で押し付けるとともに、下定盤１３とともに１５ｒｐｍで回転中の下側加工層３１を、各ウェーハ表面に２５０ｇ／ｃｍ２で押し付ける。【００４８】
その後、両加工層３１，３２をウェーハ表裏面に押し付けたまま、上定盤１２から純水を２リットル／分で供給しながら、円運動用モータ２９によりタイミングチェーン２７を周転させる。これにより、各偏心アーム２４が水平面内で同期回転し、各偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０およびキャリアプレート１１が、このプレート１１の表面に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を７．５ｒｐｍで行う。その結果、各シリコンウェーハＷは、対応するウェーハ保持孔１１ａにおいて水平面内で旋回しながら、３枚のシリコンウェーハＷの表裏面が同時に研削加工される。研削量は、ウェーハ片面３０μｍ、ウェーハ表裏面を合わせて６０μｍ（加工歪みは片面１５μｍ、両面３０μｍ）である。【００４９】
このように、粗研削から仕上げ研削まで１工程で行える固定砥粒方式の固定砥粒加工装置１０により、３枚ずつシリコンウェーハＷを加工するので、シリコンウェーハＷの製造工程数の削減が図れる。しかも、固定砥粒方式の両面同時研削だけでなく、上述したスライス時、固定砥粒ワイヤ４２によって結晶ブロックＩをスライスするので、ウェーハ製造時のカーフロスを減少することができる。
また、無サンギヤ方式の固定砥粒加工装置１０を使用し、面圧を２５０ｇ／ｃｍ２と、サンギヤ方式（１００〜１５０ｇ／ｃｍ２）の場合より高めて、自転を伴わない円運動を行わせながら各シリコンウェーハＷの表裏面を同時研削するので、１５μｍ／分という高い加工レートでありながら、研削面（加工面）にキズが少ない高精度な加工を実現することができる。【００５０】
さらに、固定砥粒加工装置１０を用いて、弾性基材３１ａ，３２ａの表面上に接着された４μｍ未満のダイヤモンド砥粒３１ｂ，３２ｂを利用してシリコンウェーハＷを加工するので、スライス後のシリコンウェーハＷに対して、良好な平坦度を有する表面を得ることができる。このとき、シリコンウェーハＷはキャリアプレート１１のウェーハ保持孔１１ａに載置された自由な状態であるので、良好な平坦度に加えて良好なナノトポグラフィ（シリコンウェーハＷの非吸着状態時に表面に現われるうねり）を得ることができる。【００５１】
また、弾性基材３１ａ，３２ａは弾性を有しているので、ダイヤモンド砥粒３１ｂ，３２ｂをシリコンウェーハＷに押し付けるとき、シリコンウェーハＷがダイヤモンド砥粒３１ｂ，３２ｂから受ける力を弾性基材３１ａ，３２ａが緩和し、シリコンウェーハＷに局所的で過剰な外力が作用してシリコンウェーハＷにキズが発生することを防止可能である。
さらに、４μｍ未満という微細なダイヤモンド砥粒３１ｂ，３２ｂの使用は、固定砥粒加工装置１０がダイヤモンド砥粒３１ｂ，３２ｂを上定盤１２および下定盤１３に固定してウェーハ加工を行う方式を採用したことで可能となったものである。つまり、例えば従来のラッピング装置では、砥粒として遊離砥粒を採用していたので粒度を微細化することは困難であった。【００５２】
次の面取り工程Ｓ１０５では、面取り装置５０の回転中の面取り用砥石５１をシリコンウェーハＷの外周部に押し付けて面取りする（図７）。
ここで使用される面取り装置５０は、シリコンウェーハＷの外周部を、回転中の＃８００の面取り用砥石５１の研削作用面（外周面）に押し付けることで、このウェーハ外周部を面取りする装置である。
シリコンウェーハＷは回転テーブル５２の上面に真空吸着され、回転テーブル５２はテーブル用モータ５３により回転自在に設けられている。また、回転テーブル５２には面取り用砥石５１が近接配置されている。面取り用砥石５１は回転モータ５４の回転軸５５の先端に固着され、回転軸５５を中心として回転自在に支持されている。面取り時、シリコンウェーハＷの面取り面には純水が５リットル／分で供給される。
なお、面取り工程Ｓ１０５の終了後に、シリコンウェーハＷの面取り面を鏡面面取りしてもよい。具体的には、シリコンウェーハＷの面取り部（面取り面）を、垂直な回転軸を中心にして回転中のクロスやバフなどに押し付け、この面取り部の面取り面を鏡面に仕上げる。【００５３】
次の両面研磨工程Ｓ１０６では、遊星歯車方式の両面研磨装置を用い、遊離砥粒を含む研磨液を使用し、多数枚のシリコンウェーハＷの表裏面（両面）を同時に研磨する。
以下、図８を参照して、遊星歯車方式の両面研磨装置６０を具体的に説明する。
両面研磨装置６０は、平行に配設された上定盤６１および下定盤６２と、両定盤６１，６２間に介在されて、軸線回りに回転自在に設けられた小径な太陽ギヤ６３と、この軸線と同じ軸線を中心にして回転自在に設けられた大径なインターナルギヤ６４と、計４枚の小径な円板形状のキャリアプレート６５とを備えている。上定盤６１の下面には、上側研磨布６６が展張され、下定盤６２の上面には、下側研磨布６７が展張されている。各キャリアプレート６５には、４つのウェーハ保持孔６５ａが形成されている。しかも、キャリアプレート６５の外縁部には、太陽ギヤ６３およびインターナルギヤ６４に噛合される外ギヤ６５ｂが形成されている。【００５４】
両面研磨装置６０によるシリコンウェーハＷの表裏面の同時研磨方法を説明する。
上定盤６１と下定盤６２との間で、研磨液を供給しながら各キャリアプレート６５を自転および公転させ、各キャリアプレート６５のウェーハ保持孔６５ａに保持された４枚のシリコンウェーハＷの表裏面を、対応する上側研磨布６６および下側研磨布６７に押圧しながら一括して機械的化学的研磨する。研磨液としては、水溶液中に焼成シリカが分散されたコロイダルシリカが採用されている。このとき、太陽ギヤ６３とインターナルギヤ６４とは、互いに反対向きに回転されている。これにより、各シリコンウェーハＷの表裏面が２０μｍだけ同時に研磨される。【００５５】
次の仕上げ研磨工程Ｓ１０７では、図示しない片面研磨装置を用い、多数枚のシリコンウェーハＷの表面を鏡面に仕上げ研磨する。
片面研磨装置は、上面に硬質ウレタンパッド製の研磨布が展張された研磨定盤と、この上方に配設された研磨ヘッドとを備えている。研磨ヘッドの下面には、表面が下向きに配置された３枚のシリコンウェーハＷが、キャリアプレートを介してワックス貼着されている。
片面研磨時には、研磨定盤と研磨ヘッドとを所定方向、所定速度で回転させながら研磨ヘッドを徐々に下降し、上記研磨液が５リットル／分で供給されている研磨布に押し付ける。これにより、各シリコンウェーハＷの表面が０．５μｍだけ鏡面研磨される。【００５６】
このように、固定砥粒ワイヤ４２を用いたワイヤソー４０によるスライスと、固定砥粒加工装置１０の研削用の上下定盤１２，１３による両面同時研削とを採用したので、面取り装置５０を用いる面取り工程を含めて、スライス、両面同時研削、面取りの各工程から排出される使用済みの加工液（廃水）中に含まれる砥粒の量が、従来品の遊離砥粒を含む研磨液（スラリー）の場合よりも減少する。
しかも、このように固定砥粒方式を採用したことで、これらの３つの工程で使用される加工液として純水を採用することができる。その結果、図９に示すシリコン屑の回収設備７０を採用することで、従来のオイル系の分散剤および遊離砥粒を含む使用済みスラリーからシリコン屑（半導体屑）を回収し、再利用する場合に比べて、再利用の処理が容易となり、処理コストも低減することができる。【００５７】
ここで、ワイヤソー４０、固定砥粒加工装置１０および面取り装置５０からの廃水中よりシリコン屑を回収する前記回収設備７０について説明する。
回収設備７０は、ワイヤソー４０からの廃水を貯液する第１サブタンク７１と、固定砥粒加工装置１０からの廃水を貯液する第２サブタンク７２と、面取り装置５０からの廃水を貯液する第３サブタンク７３とを有している。各サブタンク７１〜７３には、貯液された廃水を攪拌する攪拌機７４が配設されている。各サブタンク７１〜７３の底板には、途中に開閉弁７５が設けられた分岐管７６ａの上流側の端部がそれぞれ連通されている。各分岐管７６ａの下流側の端部は、下流側の端部が回収タンク（貯水槽）７７の底部内と連通された導入管７６のうち、上流側の端部、長さ方向の中間部、下流部に連通されている。【００５８】
各サブタンク７１〜７３内の廃水は、各分岐管７６ａ、導入管７６を経て回収タンク７７に導入される。ここで、３種類の廃水が攪拌機７４により分散混合され、その後、導出管７８を通して外部へ導出される。その途中、導出管７８の中間部に設けられたサイクロン分離器７９により、混合廃液中からシリコン屑Ｓが遠心分離される。分離されたシリコン屑Ｓは直下に落下し、屑受け槽８０に回収される。その後、回収されたシリコン屑Ｓは、メタル除去洗浄という後処理が行われる。後処理されたシリコン屑Ｓは、チョクラルスキー式の単結晶シリコン引き上げ装置のルツボに投入され、単結晶シリコンインゴットの原料として再使用される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
この発明は、半導体製造工場から排出される産業廃棄物（半導体屑）の削減およびこの産業廃棄物の再利用に有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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